论文部分内容阅读
磁电效应是指在外磁场(或外电场)作用下,材料的电极化强度(或磁化强度)发生改变的现象。磁致伸缩／压电复合磁电材料是一种利用磁致伸缩效应和压电效应的乘积复合来实现磁电效应的新型功能材料,受到人们的广泛关注。本论文的主要工作是磁致伸缩/压电复合磁电材料的制备、性能表征、磁-力-电耦合研究和磁电复合材料的应用探索,主要研究内容及结果如下：1.对磁致伸缩／压电复合磁电材料的性能表征提出一个优值(FM=λs·μr,λs是饱和磁致伸缩系数,雎是相对磁导率)用来选择制备高性能磁电复合材料中的磁致伸缩材料。制备了Permendur/Pb(ZrxTi1-x)03 (PZT)层状复合磁电材料,发现在250 Oe直流偏置磁场下,其磁电输出电压与外加交变磁场呈线性关系。制备了Terfenol-D/0.72Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.28PbTiO3 (0.72PMN-0.28PT)层状复合磁电材料,发现其磁电谐振频率接近于电阻抗反谐振频率,而逆磁电谐振频率与电阻抗谐振频率接近。2.单轴压应力对0.72PMN-0.28PT晶体铁电性能的影响在实验和理论模拟上研究了单轴压应力对<001>方向的0.72PMN-0.28PT晶体的铁电回线(P-E)的影响。一方面在实验上发现施加单轴压应力(0～15 MPa)会导致材料的铁电性能减弱(如：耗散能、矫顽场强度和剩余极化强度都减小)。另一方面基于唯象Landau-Khalatnikov理论,我们进行数值模拟,发现其结果与实验一致。应力对铁电性能的影响可以归结于应力引起可转动畴数量的减少。3.磁致伸缩／压电复合磁电材料的应用一——氢气(H2)检测设计了Permendur/PZT复合谐振腔结构H2传感器,其工作原理是利用H2的声速(1284 m/s)与空气(331 m/s)差别较大,当H2进入充满空气的腔体时,谐振腔的固有谐振频率发生偏移,偏移量(△f)与H2的体积浓度(n)呈线性关系。该传感器对H2检测灵敏度(△f/n%)达到0.48 kHz,有望被用于H2的物理检测中。4.磁致伸缩／压电复合磁电材料的应用二——磁致发光器件设计了Terfenoi-D/0.72PMN-0.28PT/电致发光层三相复合磁致发光材料。通过实验发现其发光强度随外加交变磁场的增大而增强。这种材料有望被用于磁场的光学监测、磁／光传感器和换能器等技术中。